[发明专利]一种涂装输送机构低切换增益鲁棒超螺旋滑模控制方法

说明书

本发明公开了一种混联式汽车电泳涂装输送机构低切换增益鲁棒超螺旋滑模控制方法。首先，针对混联式汽车电泳涂装输送机构，结合全局滑模设计滑模面以消除超螺旋滑模控制趋近阶段；其次，设计一种在时变不确定性上界信息未知条件下能够确保控制系统鲁棒性、并同时调整滑模切换增益变化方向和变化速度以快速获取尽可能小的自适应律，最后，将经雅可比矩阵转换得到的控制量发送至电机驱动器，实现混联式汽车电泳涂装输送机构低切换增益鲁棒超螺旋滑模控制。本发明在时变不确定性上界信息未知情况下能够确保滑模控制系统的鲁棒性并有效削弱滑模控制抖振，最终实现混联式汽车电泳涂装输送机构的高性能跟踪控制。

技术领域

本发明涉及汽车电泳涂装技术领域，尤其涉及一种混联式汽车电泳涂装输送机构低切换增益鲁棒超螺旋滑模控制方法。

背景技术

混联式汽车电泳涂装输送机构将串、并联机构合理结合，兼具串联机构运动灵活、工作空间大以及并联机构承载能力强、柔性化水平高的优点，可解决现有电泳涂装输送设备因采用悬臂梁串联结构而存在的承受重载荷能力较差、柔性化水平不高等问题。但混联式汽车电泳涂装输送机构具有高度非线性和强耦合性，难以建立精确的动力学模型，且在机构实际运行过程中存在摩擦力以及外界干扰等不确定性问题。这些不确定因素易导致混联式汽车电泳涂装输送机构各关节运动不精确，严重时甚至导致整个系统的不稳定。

“新型混联式输送机构的全局快速终端滑模控制”(曹园园，高国琴，信息技术，2016年，第4期，第5-9页)一文中针对混联式汽车电泳涂装输送机构，通过改进滑模面设计了一种全局快速终端滑模控制方法。但文中仍存在滑模控制趋近阶段，在此阶段滑模控制不具有鲁棒性。

“混联式汽车电泳涂装输送机构的时延估计自适应滑模控制”(高国琴，周辉辉，方志明，汽车工程，2018年，第40卷，第12期，第1405-1412页)一文中针对混联式汽车电泳涂装输送机构设计了一种时延估计自适应滑模控制方法。文中根据滑模变量设计自适应律，然而滑模变量无法较准确的反应控制系统中不确定性的上界信息，故滑模控制系统中仍存在切换增益过高选取问题。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明针对混联式汽车电泳涂装输送机构，提出一种低切换增益鲁棒超螺旋滑模控制方法。该方法在时变不确定性上界信息未知条件下，首先结合全局滑模设计滑模面，然后针对输送机构无趋近阶段的超螺旋滑模控制切换增益设计一种在时变不确定性上界信息未知条件下能够确保控制系统鲁棒性、并同时调整滑模控制切换增益和切换加速度的自适应律，最后得到低切换增益鲁棒超螺旋滑模控制器，以在时变不确定性上界信息未知情况下确保滑模控制系统的鲁棒性并有效削弱滑模控制抖振。

本发明的技术方案为：一种混联式汽车电泳涂装输送机构低切换增益鲁棒超螺旋滑模控制方法，包括如下步骤：

1)采用解析法对混联式汽车电泳涂装输送机构进行运动学逆解分析，进一步求得输送机构的运动学正解及雅可比矩阵；

2)采用拉格朗日法建立输送机构标准动力学模型及包含建模误差、摩擦力及外界干扰等不确定性的动力学模型；

3)针对步骤2)中的输送机构标准动力学模型，结合全局滑模设计一种无趋近阶段的超螺旋滑模控制器；

4)基于步骤2)中包含不确定性的输送机构动力学模型重构超螺旋滑模，并结合等效控制求得输送机构控制系统中时变不确定性的等效值。

5)针对步骤3)输送机构无趋近阶段的超螺旋滑模控制切换增益，基于步骤4)得到的输送机构控制系统时变不确定性等效值设计一种自适应律，以在确保滑模控制系统鲁棒性的同时快速获取尽可能小的切换增益；

6)基于步骤3)和步骤5)构成针对考虑不确定性的输送机构的低切换增益鲁棒超螺旋滑模控制器；

7)通过软件编程，实现混联式汽车电泳涂装输送机构的低切换增益鲁棒超螺旋滑模控制。